Etude des mécanismes du frittage d'un composite à matrice métallique et à dispersoi͏̈des de diamant
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Collaboration between the Society TRIEFUS A. D. I. E. , which belongs to the Japanese group ASAM Diamond, and the University of "Paris-Sud" was created. The objective was to prepare a thesis to ameliorate performances of pencil edging diamond wheels. These wheels are used to grind automotive lateral glasses. They are constituted with a steel body and, inside it, an abrasive part made of both metallic and dispersed diamond powders (superabrasive grits) exists. This tool is then heated around 800 ʿC. A metallic bond gives many advantages: better thermal properties, mechanical resistance, in comparison with other type of bonds (vitrified, or resin ones). We have modified the heat treatment applied during the manufacturing: instead of cooking in a traditional furnace, we have developed and optimized an induction method of heating. The result is having a better tool lifetime with such good qualities of cutting and surface state in the grinded glasses (no break in them). Dilatometric tests allowed studying the sintering of the starting powders, simple metallic alloys and sections of industrial wheels. Whatever the techniques of cooking used (in a traditional furnace or with the induction method), no different dimensional behavior was observed. The bond in the abrasive part is a complex polyconstitued and polyphased system (Ag, Cu, Ti, W and cast-iron), the study of which needed the analysis of simplified binary, ternary and quaternary systems, chosen among those five constituents. Taking into account the important chemical reactivity of the Cu-Ti system opposite the other elements, a particular analysis of that system was made. A new phase, having an atomic composition close to the CuTi3 stoichiometry, was revealed after long annealing treatments. An orthorhombic crystalline structure, with the Pbam space group was proposed, as well as a new assessment of the binary phase diagram at equilibrium, including this new phase. After having studied the simple metallic systems, composite systems including diamond powder were investigated. At the temperatures used in the industrial sintering cycle (around 800ʿC), no chemical reactivity between diamond and metallic particles was noted, because the sintering of the system occurred in solid phase. Therefore, the dispersed diamond grits are only linked by mechanical way. The same types of observations were made on industrial wheels.
Abstract FR:
Un contrat CIFRE entre la Société TRIEFUS A. D. I. E. , filiale du groupe Japonais ASAHI Diamond et l'Université de Paris-Sud avait pour objet la préparation d'une thèse dans le but d'améliorer les meules diamantées à joint rond servant au détourage du verre pour l'automobile. Ces meules sont constituées d'un moule en acier à l'intérieur duquel est frittée, vers 800ʿC, une partie abrasive composite, constituée d'un liant métallique dans lequel sont dispersés des grains de diamant (superabrasifs). Le choix d'un tel liant s'explique par le fait qu'il s'agit du meilleur compromis en termes de résistance mécanique et de bonnes propriétés thermiques par rapport à d'autres types de liant (vitrifiés, résinoi͏̈des). Nous avons modifié la technique de fabrication de ces meules en utilisant la cuisson par induction au lieu de la cuisson dans un four traditionnel, afin d'obtenir une bonne qualité de coupe, mais aussi un bon état de surface du verre meulé, sans égrisure. Des essais dilatométriques ont permis de suivre le frittage des poudres de départ, d'alliages métalliques simples et de coupes de meules industrielles. Nous n'avons pas mis en évidence de comportement dimensionnel différent entre des meules cuites en four traditionnel ou par la technique d'induction. Le liant de la partie abrasive est un système complexe polyconstitué (Ag, Cu, Ti, W et Fonte) et polyphasé dont l'étude a nécessité l'analyse de systèmes simplifiés binaires, ternaires puis quaternaires, choisis parmi ces cinq constituants. Un accent tout particulier a été porté sur le binaire Cu-Ti, étant donnée sa grande réactivité chimique vis à vis des autres éléments. Une nouvelle phase de composition atomique voisine de CuTi3 a été mise en évidence lors de traitements thermiques de longue durée. Une structure cristalline orthorhombique, de groupe d'espace Pbam, a été proposée, ainsi qu'un nouveau diagramme de phases Cu-Ti à l'équilibre, intégrant cette nouvelle phase. A partir des systèmes métalliques simples précédents, des systèmes composites avec ajout de poudre de diamant ont été étudiés. Aux températures de frittage industriel (proches de 800ʿC), nous n'avons pas noté de réactivité chimique entre le diamant et les poudres métalliques, puisque le système a uniquement fritté en phase solide. Le diamant n'est donc accroché que mécaniquement au liant métallique. Le même type d'observations a été fait sur des meules industrielles.